К.Я. Кондратьев, академик, В.Ф. Крапивин, доктор физико-математических наук
Повышение интенсивности хозяйственной деятельности человека, определяемое прежде всего продолжающимся возрастанием численности населения на Земле, диктует необходимость дальнейшего развития энергетики. Основу производства энергии все еще составляет использование углеводородного сырья, что порождает серьезные экологические последствия. Не случайно в повестке дня состоявшегося 7-8 июля 2005 г. в Шотландии совещания группы восьми ведущих государств мира (группа Г-8) в качестве одной из двух ключевых проблем была выбрана проблема глобального потепления, а следующую сессию Г-8 (2006 г., Россия) планируется сконцентрировать на обсуждении проблем энергетики. Важный социально-экономический аспект происшедших за последние годы изменений — значительное повышение цен на нефть и природный газ. Проблемы энергоснабжения приобрели ключевое значение для дальнейшего развития цивилизации на планете. Остроту ситуации можно проиллюстрировать данными, относящимися к такому крупному развивающемуся государству как Бразилия.
В 2001 г. в Бразилии случился серьезный кризис, который вынудил ввести ограничения на потребление энергии, чтобы избежать катастрофических отключений. Главными причинами кризиса были длительные засухи, продолжавшиеся в различных регионах на протяжении почти 6 лет (1996-2001 гг.) и снизившие выработку электроэнергии на ГЭС, возраставшее энергопотребление и задержки с пусками новых электростанций. Специфика производства электроэнергии в Бразилии состоит в том, что около 85% его приходится на долю гидроэлектростанций, причем считалось, что имеющаяся система энергоснабжения в состоянии удовлетворить потребности в электроэнергии в течение трех засушливых лет подряд. Однако в апреле 2001 г. объем воды в водохранилищах ГЭС составлял лишь 20-30% от максимального. Именно это побудило правительство Бразилии принять решение о серьезном ограничении потребления электроэнергии.
| Таблица 1Мировое потреблениеископаемых топлив(млн. т н.э.) за 1950-2003 гг.(по данным Института мониторингаглобальных ресурсов (США)) | |||
| Год | Уголь | Нефть | Природ-ный газ |
| 19501960197019801990200020022003 | 10741544155318142270221723042398 | 470951225429723136351937563987 | 17141692413041774215824122675 |
Естественно, что сильная «экозависимость» производства электроэнергии диктует необходимость его диверсификации. В этой связи возникает необходимость комплексного анализа состояния и перспектив дальнейшего развития мировой энергетики, имея в виду возможности ее диверсификации, меры в области сокращения энергопотребления, повышение эффективности производства энергии и минимизацию негативных экологических последствий (переход от углеводородной к «чистой» энергетике). Речь идет о достижении в каждой отдельной стране и в мире в целом такого уровня производства энергии, который был бы экологически безопасным, устойчивым и обеспечивающим растущие потребности экономики (заметим, что, например, США в настоящее время ежедневно затрачивают около полумиллиарда долларов на импорт нефти, преимущественно из стран Ближнего Востока).
| Таблица 2Годовое потребление энергиии выбросы CO2 в различных странах | ||||
| Страна | Коммерче-ская энергия,потребле-ние на душунаселениявв нефтяномэквиваленте | Нефть,баррель/сутки на1000 чел. | Электро-энергиякВт • ч/чел. | Выбросыуглекислогогаза на душунаселения,т |
| СШАЯпонияГерманияПольшаБразилияКитайИндияЭфиопия | 8.14.14.12.41.10.90.503 | 70.242.032.510.910.54.22.00.3 | 12331762859632511187882735522 | 19.79.19.78.11.82.31.10.1 |
Важный аспект проблемы состоит в неспособности рыночных механизмов регулировать энергетику с точки зрения ее устойчивости и экологической безопасности, что диктует необходимость вмешательства правительств и международных организаций. Обсуждение проблем энергетики обычно ограничивается анализом динамики потребительских цен на энергоносители и различных кризисных ситуаций, порожденных дефицитом энергоресурсов.
Данные табл. 1 иллюстрируют быстрое возрастание мирового потребления ископаемых топлив за 1950-2002 гг. Обратимся далее к рассмотрению более детальных статистических данных, относящихся к различным видам ископаемых топлив и к энергоресурсам вообще, обратив сначала внимание на крайнюю неравномерность распределения энергопотребления по различным странам (табл. 2).
Разумеется, обращает на себя внимание тот факт, что «средний» американец расходует в 10 раз больше энергоресурсов, чем «средний» китаец, и в 20 раз больше по сравнению со «средним» индийцем.
Каменный уголь
| Таблица 3Потребление каменного угля(млн. т) в 2001 и 2025 гг. | |||
| Регион | 2001 | 2025 | Изме-нение,% |
| СШАЗападная ЕвропаЯпонияБывший СССРКитайИндияОстальной мирВСЕГО | 1060574166446138336012745263 | 1567463202436275761135187574 | +47.8-19.3+21.7-2.2+99.3+69.7+20.7+43.9 |
При всех опасениях относительно экологических последствий использования каменного угля он остается преобладающим энергоносителем при уровне его мирового потребления, достигшем, по данным Администрации США по информации в области энергетики, 5 млрд. т в 2001 г. (обращают на себя внимание расхождения различных данных) и с перспективой роста до 7.6 млрд. т в 2025 г. Данные табл. 3 иллюстрируют достигнутые и предполагаемые уровни потребления каменного угля в различных странах. Как видно, рост потребления каменного угля сконцентрирован в трех странах: Китае, Индии и США, где существуют большие запасы угля. Спад потребления угля в Западной Европе и в некоторых других регионах мира связан главным образом с возрастающей ролью природного газа как энергоносителя. Подобный процесс происходит и в США (что привело, в частности, к более чем удвоению цен на природный газ, начиная с 1999 г.), но при сохранении высоких темпов потребления каменного угля. Хотя нередко высказывается предположение, что ограниченность ресурсов каменного угля постепенно приведет к спаду доли использования этого энергоносителя, «отягощенного» экологическими последствиями, подобная ситуация маловероятна, ввиду огромных запасов угля и его высокой экономической (но не экологической) эффективности как энергоносителя. Перспективы замены угля (или природного газа) возобновляемыми источниками энергии все еще остаются очень отдаленными. Более реальные перспективы связаны с разработкой и внедрением «чистых» технологий, в том числе технологии IGCC (Integrated Gasification Gas Combined Cycles) — интегрального комбинированного цикла газификации каменного угля, состоящей в трансформации каменного угля в газ, используемый как топливо для турбин, что обеспечивает значительное снижение выбросов в атмосферу.
Нефть
Хотя проблема перехода от углеводородной энергетики к использованию других возможностей производства энергии привлекает все большее внимание правительств и частного бизнеса, уголь, нефть и природный газ все еще остаются доминирующими энергоносителями, причем несомненно, что рост спроса на нефть в предстоящие десятилетия будет продолжаться. Достаточно упомянуть, что если в Китае на одну тысячу жителей приходится в настоящее время 8 автомобилей, то в США — 780. Несомненно, быстрое развитие экономики таких стран как Китай и Индия с общим населением около 2.5 млрд. чел. неизбежно ужесточит потребности в энергоресурсах. То же самое относится и к США, где потребление нефти превышает 20 млн. баррелей (1 баррель ~ 159л.) в сутки, а добыча нефти в самих США падает ввиду исчерпания потенциала существующих месторождений, что определяет усиление зависимости этой страны от импорта нефти (главным образом из стран, располагающихся в регионе Персидского залива). В связи с этим в целях стимулирования мер по экономии ресурсов нефти в США обсуждается целесообразность введения специального налога на нефть — первоначально на уровне 5 долл. за баррель. Планируется также интенсификация использования ресурсов нефти, имеющихся на Аляске, где возможно повышение ежедневной добычи нефти до 1-1.3 млн. баррелей (в настоящее время добыча нефти на Аляске ограничена экологическими запретами).
Природный газ
По сравнению с нефтью (и особенно с каменным углем) природный газ как энергоноситель и сырьевой ресурс обладает несколькими важными преимуществами: более низкий уровень загрязнения окружающей среды при промышленном и бытовом использовании, а также при производстве электроэнергии, где газ в значительной степени заменил уголь; широкие возможности применения в химической промышленности. В условиях США и многих других стран природный газ стал доминирующим энергоносителем, хотя в сфере транспорта ведущую роль играет бензин. Как и в случае бензина, за последние годы произошел скачок цен на природный газ почти в 4 раза, что сказалось, в частности, на конкурентоспособности ряда отраслей промышленности.
Следующие данные характеризуют соотношение (%) использования различных энергоносителей в США, согласно оценкам на 2005 г.: бензин — 40, природный газ — 23, каменный уголь — 23, атомная энергия — 8, возобновляемые виды энергоресурсов — 6. Использование природного газа в США распределяется между различными секторами экономики следующим образом (%): промышленность — 32, бытовое использование — 23, производство электроэнергии — 23, коммерческое применение — 14, другие направления — 8. Распределение использования газа по различным регионам мира иллюстрируют такие показатели (%): Ближний Восток — 39, Восточная Европа и бывший СССР — 35, Западная Европа — 9, Азия и Океания — 8, Африка — 7, Северная Америка — 4, Центральная и Южная Америка — 4.
Согласно оценкам Администрации США по информации в области энергетики, в настоящее время доказанные мировые ресурсы природного газа превосходят уровень его мирового потребления в 70 раз, причем уровень достоверно установленных ресурсов повышался ежегодно, начиная с 1970 г. При сравнительно небольшом вкладе природного газа как энергоносителя в условиях США ключевые перспективы развития энергетики этой страны связаны с более интенсивным использованием ресурсов, находящихся на Аляске, что потребует строительства протяженного и дорогостоящего газопровода, и с дальнейшим ростом масштабов импорта сжиженного газа (главная проблема в этой связи — строительство портов и соответствующих сооружений для приемки и сетей для распределения газа).